專利名稱：供半導(dǎo)體光電元件磊晶用的半導(dǎo)體基板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體基板(semiconductor substrate),特別是一種供一半導(dǎo)體光電元件(semiconductor optoelectronic device)磊晶用的半導(dǎo)體基板。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體光電元件(例如，發(fā)光二極體、光偵測(cè)器)能廣泛地使用于多種裝置，例如，光學(xué)顯示裝置、交通號(hào)志、通訊裝置以及照明裝置。為了讓半導(dǎo)體光電元件盡可能地確保較高的功能可靠性以及較低的能源消耗，因此對(duì)于半導(dǎo)體光電元件都要求其本身整體的光電效能。
在現(xiàn)有技術(shù)中，半導(dǎo)體光電元件的半導(dǎo)體材料層與基板之間可通過(guò)形成一緩沖層以改善半導(dǎo)體材料層的品質(zhì)。到目前為止，氮化鎵半導(dǎo)體光電元件(例如，發(fā)光二極體、光偵測(cè)器)的基板大多以藍(lán)寶石基板為主，但是由于氮化鎵半導(dǎo)體材料層與藍(lán)寶石基板之間并無(wú)優(yōu)良的晶格匹配(lattice match),致使氮化鎵半導(dǎo)體材料
層的磊晶品質(zhì)仍有待改善。因此，氮化鎵半導(dǎo)體材料層與藍(lán)寶石基板之間尚欠缺一理想的緩沖層以提高氮化鎵半導(dǎo)體材料層的磊晶品質(zhì)，從而進(jìn)一步增加半導(dǎo)體光電元件的光電效能。
因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種供一半導(dǎo)體光電元件磊晶用的半導(dǎo)體基板，以解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種供一半導(dǎo)體光電元件磊晶用的半導(dǎo)體基板及其制造方法。
根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例，該半導(dǎo)體光電元件包含一基板(substrate)以及一氮化物緩沖層(nitride-based buffer layer)。
該氮化物緩沖層通過(guò)一原子層沉積(atomic layer d印osition， ALD)制程、一電漿增強(qiáng)原子層沉積(plasma-enhanced ALD)制程或 一 電漿輔助原子層沉積(plasma-assisted ALD)制程形成于該基板的一上表面上，該氮化物緩沖層還能通過(guò)原子層沉積制程和一電漿增強(qiáng)原子層沉積制程或原子層沉積制程和電漿輔助原子層沉積制程的組合制程形成。該氮化物緩沖層提高該半導(dǎo)體光電元件中的一半導(dǎo)體材料層(semiconductor material layer)的磊晶品質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)施例為一種制造供一半導(dǎo)體光電元件磊晶用的一半導(dǎo)體基板的方法。
該方法首先制備一基板。接著，通過(guò)一原子層沉積制程、 一電槳增強(qiáng)原子層沉積制程或一電漿輔助原子層沉積制程形成一氮化物緩沖層于該基板的一上表面上，該氮化物緩沖層還能通過(guò)原子層沉積制程和一電漿增強(qiáng)原子層沉積制程或原子層沉積制程和電漿輔助原子層沉積制程的組合制程形成。該氮化物緩沖層提高該半導(dǎo)體光電元件中的一半導(dǎo)體材料層的磊晶品質(zhì)。
相比現(xiàn)有技術(shù)，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體基板中的氮化物緩沖層在半導(dǎo)體光電元件中的半導(dǎo)體材料層(例如，氮化鎵層)磊晶的過(guò)程中，可以輔助半導(dǎo)體材料層進(jìn)行良好的磊晶，以提高半導(dǎo)體材料層的磊晶品質(zhì)，進(jìn)一步提升半導(dǎo)體光電元件的光電效能。
關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以通過(guò)以下的發(fā)明詳述及


得到進(jìn)一步的了解。

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例的一半導(dǎo)體基板。圖2A及圖2B顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)施例的制造一半導(dǎo)體基板的方法的截面視圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖1，圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例的一半導(dǎo)體基板1。該半導(dǎo)體基板l可以供一半導(dǎo)體光電元件(例如，發(fā)光二極體、光偵測(cè)器)磊晶使用。
如圖1所示，該半導(dǎo)體基板1包含一基板10及一氮化物緩沖層12。
在實(shí)際應(yīng)用中，該基板10可以通過(guò)藍(lán)寶石(sapphire)、硅(Si)、 SiC、 GaN、Zn0、 ScAlMg04、 YSZ(Yttria-Stabilized Zirconia) 、 SrCu202、 LiGa02、 LiA102、GaAs或其他類似基材中的一種制成。
于一具體實(shí)施例中，該氮化物緩沖層12可以由氮化鋁(A1N)形成，并且該緩沖層12的厚度可為10nm至500nm之間，但不以此為限。
該氮化物緩沖層12通過(guò)一原子層沉積制程、 一電漿增強(qiáng)原子層沉積制程或一電漿輔助原子層沉積制程形成于該基板10的一上表面100上，該氮化物緩沖層12還能通過(guò)原子層沉積制程和一電漿增強(qiáng)原子層沉積制程或原子層沉積制程和電漿輔助原子層沉積制程的組合制程形成。該氮化物緩沖層12能夠輔助該半導(dǎo)體光電
5元件中的一半導(dǎo)體材料層磊晶。
于一具體實(shí)施例中，該半導(dǎo)體材料層可以由氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN) 和氮化鋁鎵(AlGaN)中的一種材料制成。
于此實(shí)施例中，該基板10由藍(lán)寶石制成，該氮化物緩沖層12由氮化鋁制成， 并且該半導(dǎo)體材料層由氮化鎵制成。
由于氮化鋁與氮化鎵之間存在優(yōu)良的晶格匹配，因此氮化鋁緩沖層12可以輔 助由氮化鎵制成的該半導(dǎo)體材料層的最底層進(jìn)行磊晶。
于實(shí)際應(yīng)用中，氮化鋁的原料可以由一 AlCl3先驅(qū)物、一 A1(CH3)3先驅(qū)物、一 A1(CH3)2C1先驅(qū)物、一 A1(C2H5)3先驅(qū)物、一 ((CH3)3N)A1H3先驅(qū)物和一 ((CH3) 2 (C2H5) N) A1H3先驅(qū)物中的一種先驅(qū)物及一 NH3先驅(qū)物組成。
于一具體實(shí)施例中，氮化鋁可以采用一 A1C13先驅(qū)物(precursor)與一 NH3先驅(qū) 物組成的原料形成，其中A1CL即為Al的來(lái)源，NH3為N的來(lái)源。
以沉積氮化鋁緩沖層12為例，在一個(gè)原子層沉積的周期內(nèi)的反應(yīng)步驟可分成 四個(gè)部分
1. 利用載送氣體將NH3分子導(dǎo)入反應(yīng)腔體，NH3分子在進(jìn)入腔體后會(huì)吸附于基 材表面，在基材表面形成單一層NH基，其曝氣時(shí)間為0.1秒。
2. 通入載送氣體將多余未吸附于基材的NH3分子抽走，其吹氣時(shí)間為5秒。
3. 利用載送氣體將AlCl3分子導(dǎo)入反應(yīng)腔體中，與原本吸附在基材表面的單一 層NH2基在基材上反應(yīng)形成單一層的A1N，副產(chǎn)物為有機(jī)分子，其曝氣時(shí)間為0.1 秒。
4. 通入載送氣體，帶走多余的AlCl3分子以及反應(yīng)產(chǎn)生的有機(jī)分子副產(chǎn)物，其 歡氣時(shí)間為5秒。
其中載送氣體可以采用高純度的氬氣或氮?dú)狻Ｒ陨纤膫€(gè)步驟稱為一個(gè)原子層沉 積的周期。一個(gè)原子層沉積的周期可以在基材的全部表面上形成單一原子層厚度的 薄膜，此特性稱為『自限成膜』(self-limiting),此特性使得原子層沉積在控制 薄膜厚度上的精準(zhǔn)度可達(dá)一個(gè)原子層(one monolayer)。利用控制原子層沉積的周 期次數(shù)即可精準(zhǔn)地控制A1N薄膜的厚度。
總結(jié)來(lái)說(shuō)，本發(fā)明所采用的原子層沉積制程具有以下優(yōu)點(diǎn)(l)可在原子等級(jí) 控制材料的形成；(2)可更精準(zhǔn)地控制薄膜的厚度；(3)可大面積量產(chǎn)；(4)有優(yōu)異 的均勻度(uniformity); (5)有優(yōu)異的三維包覆性(conformality); (6)無(wú)孔洞結(jié)構(gòu)； (7)缺陷密度小；以及(8)沉積溫度低等制程優(yōu)點(diǎn)。
于實(shí)際應(yīng)用中，該氮化物緩沖層12的形成可以于一介于30(TC至120(TC之間 的制程溫度下執(zhí)行。該氮化物緩沖層12形成后，該氮化物緩沖層12可以進(jìn)一步于 一介于40(TC至120(TC之間的退火溫度下執(zhí)行退火以提升該氮化物緩沖層12的品質(zhì)。
請(qǐng)參閱圖2A及圖2B并配合參閱圖1。圖2A及圖2B顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一 具體實(shí)施例的制造一半導(dǎo)體基板1的方法的截面視圖。該半導(dǎo)體基板1可以供一半 導(dǎo)體光電元件(例如，發(fā)光二極體、光偵測(cè)器)磊晶使用。
首先，如圖2A所示，該方法制備一基板IO。
接著，如圖2B所示，該方法通過(guò)一原子層沉積制程、 一電漿增強(qiáng)原子層沉積 制程或一電漿輔助原子層沉積制程形成一氮化物緩沖層12于該基板10的一上表面 200上，該氮化物緩沖層12還能通過(guò)原子層沉積制程和一電漿增強(qiáng)原子層沉積制 程或原子層沉積制程和電漿輔助原子層沉積制程的組合制程形成。該氮化物緩沖層 12能夠促進(jìn)該半導(dǎo)體光電元件中的一半導(dǎo)體材料層的磊晶品質(zhì)。
于一具體實(shí)施例中，該氮化物緩沖層12可以由氮化鋁制成，但不以此為限。 相比現(xiàn)有技術(shù)，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體基板中的氮化物緩沖層在半導(dǎo)體光電元件 中的半導(dǎo)體材料層(例如，氮化鎵層)磊晶的過(guò)程中，可以輔助半導(dǎo)體材料層進(jìn)行良 好的磊晶，以提高半導(dǎo)體材料層的磊晶品質(zhì)，進(jìn)一步提升半導(dǎo)體光電元件的光電效 能。
通過(guò)以上優(yōu)選實(shí)施例的詳述，希望能更加清楚描述本發(fā)明的特征與精神， 而并非以上述所揭露的優(yōu)選實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明的范疇加以限制。相反地，其目 的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排于本發(fā)明所欲申請(qǐng)的專利范圍的 范疇內(nèi)。因此，本發(fā)明所申請(qǐng)的專利范圍的范疇?wèi)?yīng)該根據(jù)上述的說(shuō)明作最寬廣 的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。
權(quán)利要求
1.一種供一半導(dǎo)體光電元件磊晶用的半導(dǎo)體基板，該半導(dǎo)體基板包含一基板；以及一氮化物緩沖層，該氮化物緩沖層由一原子層沉積制程、一電漿增強(qiáng)原子層沉積制程或一電漿輔助原子層沉積制程形成于該基板的一上表面上，該緩沖層還能通過(guò)原子層沉積制程和一電漿增強(qiáng)原子層沉積制程或原子層沉積制程和電漿輔助原子層沉積制程的組合制程形成，其中該氮化物緩沖層提高該半導(dǎo)體光電元件中的半導(dǎo)體材料層的磊晶品質(zhì)。
2. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，該氮化物緩沖層由氮化鋁形成。
3. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，該氮化物緩沖層的厚度在10nm 至500nm之間。
4. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，該半導(dǎo)體材料層由氮化鎵、 氮化銦鎵及氮化鋁鎵中的其中一種材料制成。
5. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，該氮化物緩沖層的原料由一 AlCl3先驅(qū)物、一A1(CH3)3先驅(qū)物、一A1(CH3)2C1先驅(qū)物、一A1 ((:2仏)3先驅(qū)物、一 ((CH3) 3N) A1H3先驅(qū)物和一 ((CH3) 2 (C2H5) N) A1H3先驅(qū)物中的一種先驅(qū)物和一NH3先驅(qū)物 組成。
6. 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，該氮化物緩沖層的形成在介 于300。C至1200。C之間的制程溫度下執(zhí)行。
7. 如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，該氮化物緩沖層在形成后， 進(jìn)一步在一介于40(TC至120(TC之間的退火溫度下執(zhí)行退火。
8. 如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，該基板為一藍(lán)寶石基板、一 Si基板、一SiC基板、一GaN基板、一 ZnO基板、一 ScAlMg(X基板、一 YSZ(Yttria-StabilizedZirconia)基板、一SrCu202基板、一LiGa02基板、一LiA102 基板、一GaAs基板中的其中一種基板。
9. 如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，該基板由藍(lán)寶石制成，該氮 化物緩沖層系由氮化鋁制成，并且該半導(dǎo)體材料層由氮化鎵制成。
10. —種制造供一半導(dǎo)體光電元件磊晶用的一半導(dǎo)體基板的方法，該方法包含 下列步驟制備一基板；以及通過(guò)一原子層沈積制程、一電漿增強(qiáng)原子層沈積制程或一電漿輔助原子層沈積 制程形成一氮化物緩沖層于該基板的一上表面上，該氮化物緩沖層還能通過(guò)原子層沉積制程和一電漿增強(qiáng)原子層沉積制程或原子層沉積制程和電漿輔助原子層沉積 制程的組合制程形成，其中該氮化物緩沖層提高該半導(dǎo)體光電元件中的半導(dǎo)體材料層的磊晶品質(zhì)o
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，該氮化物緩沖層由氮化鋁形成。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，該氮化物緩沖層的厚度在10nm至 500nra之間。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，該半導(dǎo)體材料層系由選自由氮化 鎵、氮化銦鎵、及氮化鋁鎵所組成的一群組中的其一所制成。
14. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，該氮化物緩沖層的原料由一AlCl3 先驅(qū)物、一A1 (CH3) 3先驅(qū)物、一A1 (CH3) 2C1先驅(qū)物、一A1 (C2H5) 3先驅(qū)物、一 ((CH3) 3N) A1H3 先驅(qū)物和一 ((CH3) 2 (C2H5) N) A1H3先驅(qū)物中的一種先驅(qū)物和一NH3先驅(qū)物組成。
15. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，該氮化物緩沖層的形成在一介于 30(TC至120(TC之間的制程溫度下執(zhí)行。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，該氮化物緩沖層形成后，進(jìn)一步 在一介于40(TC至120(TC之間的退火溫度下執(zhí)行退火。
17. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，該基板為一藍(lán)寶石基板、一Si基 板、一SiC基板、一GaN基板、一ZnO基板、一ScAlMg04基板、一YSZ (Yttria-Stabilized Zirconia)基板、一SrCii202基板、一LiGa02基板、一LiA102基板、一GaAs基板中的其 中一種基板。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，該基板由藍(lán)寶石制成，該氮化物 緩沖層由氮化鋁制成，并且該半導(dǎo)體材料層由氮化鎵制成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種供一半導(dǎo)體光電元件磊晶用的半導(dǎo)體基板及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體基板包含一基板及一氮化物緩沖層。該氮化物緩沖層由一原子層沉積制程、一電漿增強(qiáng)原子層沉積制程或一電漿輔助原子層沉積制程形成于該基板的一上表面上。該氮化物緩沖層提高該半導(dǎo)體光電元件中的一半導(dǎo)體材料層(semiconductor material layer)的磊晶品質(zhì)。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101651174SQ20081014701
公開(kāi)日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2008年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月12日
發(fā)明者何思樺, 徐文慶, 陳敏璋 申請(qǐng)人:昆山中辰硅晶有限公司